In this study, 3" × 3" NaI(Tl) detector, which is widely used in gamma spectroscopy, was modeled with FLUKA code, and calculations required to determine the detector's energy resolution were reported. Photon beams with isotropic distribution with 59, 81, 302, 356, 511, 662, 835, 1173, 1275, and 1332 keV energy were used as radiation sources. The photon pulse height distribution of the NaI(Tl) without influence of its energy resolution obtained with FLUKA code has been converted into a real NaI(Tl) response function, using the necessary conversion process. The photon pulse height distribution simulated in the conversion process was analyzed using the ROOT data analysis framework. The statistical errors of the simulated data were found in the range of 0.2-1.1%. When the results, obtained with FLUKA and ROOT, are compared with the literature data, it is seen that the results are in good agreement with them. Thus, the applicability of this procedure has been demonstrated for the other energy values mentioned.
A new method of dose calculation algorithm, called GPU-accelerated Monte Carlo and collapsed cone Convolution (GMCC) was developed to improve the calculation speed of BNCT treatment planning system. The GPU-accelerated Monte Carlo routine in GMCC is used to simulate the neutron transport over whole energy range and the Collapsed Cone Convolution method is to calculate the gamma dose. Other dose components due to alpha particles and protons, are calculated using the calculated neutron flux and reaction data. The mathematical principle and the algorithm architecture are introduced. The accuracy and performance of the GMCC were verified by comparing with the FLUKA results. A water phantom and a head CT voxel model were simulated. The neutron flux and the absorbed dose obtained by the GMCC were consistent well with the FLUKA results. In the case of head CT voxel model, the mean absolute percentage error for the neutron flux and the absorbed dose were 3.98% and 3.91%, respectively. The calculation speed of the absorbed dose by the GMCC was 56 times faster than the FLUKA code. It was verified that the GMCC could be a good candidate tool instead of the Monte Carlo method in the BNCT dose calculations.
Nanbedeh, M.;Sadat-Kiai, S.M.;Aghamohamadi, A.;Hassanzadeh, M.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.5
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pp.1002-1007
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2020
The purpose of the current study was to evaluate a spectrum formulation set employed to modify the neutron spectrum of D-D fusion neutrons in a IS plasma focus device using GEANT4, MCNPX2.6, and FLUKA codes. The set consists of a moderator, reflector, collimator and filters of fast neutron and gamma radiation, which placed on the path of 2.45 MeV neutron energy. The treated neutrons eliminate cancerous tissue with minimal damage to other healthy tissue in a method called neutron therapy. The system optimized for a total neutron yield of 109 (n/s). The numerical results indicate that the GEANT4 code for the cubic geometry in the Beam Shaping Assembly 3 (BSA3) is the best choice for the energy of epithermal neutrons.
Non-Destruction Test (NDT) is a method to check internal defects without destroying the product. Among them, radiographic testing (RT) uses high-energy radiation, so it is very important to prevent radiation exposure of workers. Therefore, in this study, in this study, a radiation sensor structure that improves radiation detection performance compared to the existing PbI2 and can immediately detect accidents in RT was presented. For evaluation, the conversion efficiency was analyzed in the gamma ray source through FLUKA simulation. PbI2 with overlapping Gd2O2S:Tb presented in this study showed a higher radiation sensitivity from 1.22 to 3.22 times than that of non-overlapping PbI2. This indicates that the presented sensor is suitable for use as a radiation sensor for source detection in RT.
Kang, Sang Sik;Heo, Seung Wook;Choi, Il Hong;Jun, Jae Hoon;Yang, Sung Woo;Kim, Kyo Tae;Heo, Ye Ji;Park, Ji Koon
Journal of the Korean Society of Radiology
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v.11
no.7
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pp.547-553
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2017
In the current medical field, lead is widely used as a radiation shield. However, the lead weight is very heavy, so wearing protective clothing such as apron is difficult to wear for long periods of time and there is a problem with the danger of lethal toxicity in humans. Recently, many studies have been conducted to develop substitute materials of lead to resolve these problems. As a substitute materials for lead, barium(Ba) and iodine(I) have excellent shielding ability. But, It has characteristics emitting characteristic X-rays from the energy area near 30 keV. For patients or radiation workers, shielding materials is often made into contact with the human body. Therefore, the characteristic X-rays generated by the shielding material are directly exposured in the human body, which increases the risk of increasing radiation absorbed dose. In this study, we have developed the FLUKA transport code, one of the most suitable elements of radiation transport codes, to remove the characteristic X-rays generated by barium or iodine. We have verified the reliability of the shielding fraction of the structure of the structure shielding by comparing with the MCPDX simulations conducted as a prior study. Using the MCNPX and FLUKA, the double layer shielding structures with the various thickness combination consisting of barium sulphate ($BaSO_4$) and bismuth oxide($Bi_2O_3$) are designed. The accuracy of the type shown in IEC 61331-1 was geometrically identical to the simulation. In addition, the transmission spectrum and absorbed dose of the shielding material for the successive x-rays of 120 kVp spectra were compared with lead. In results, $0.3mm-BaSO_4/0.3mm-Bi_2O_3$ and $0.1mm-BaSO_4/0.5mm-Bi_2O_3$ structures have been absorbed in both 33 keV and 37 keV characteristic X-rays. In addition, for high-energy X-rays greater than 90 keV, the shielding efficiency was shown close to lead. Also, the transport code of the FLUKA's photon transport code was showed cut-off on low-energy X-rays(below 33keV) and is limited to computerized X-rays of the low-energy X-rays. But, In high-energy areas above 40 keV, the relative error with MCNPX was found to be highly reliable within 6 %.
Lead-selective PVC membrane electrodes based on newly synthesized bis(crown ether)s containing 18-crown-6 moiety was prepared using standard PVC membrane composition. In order to monitor lead in environmental samples by lead sensor, especially good selectivity over alkali and alkaline earth metals has to be obtained. Thus, responses of the PVC membrane prepared with new bis(crown ether)s and Fluka ionophore V (crown ether) base to various cations include lead, alkali and alkaline earth metal ions were investigated for their use as a lead sensor. The polymeric liquid membrane based on trans-1 8-crown-6 ether exhibits the best overall potentiometric performances as a lead-selective electrode in terms of a wide linear dynamic range (between 10-6 and 10-2 M, Pb2+), excellent detection limit (less than 10-6 M) and good durability within limited error. The preferences of lead over other cations, such as Ag+, Hg2+, Na+, Ca2+ and even K+ in the aforementioned electrode are much better than the Fluka ionophore V system.
Heavy ion therapy has a high cure rate for cancer cell. So many countries are introducing heavy ion therapy facility. When treating a cancer using heavy ion therapy, neutrons and gamma rays are generated and affect electronic equipment. A budget of about KRW 200 billion is needed to build a heavy ion therapy facility, and it takes more than five years to build it. Therefore it is important to observe the dose distribution in the treatment room using the monte carlo simulation before construction. In this study, we used the FLUKA of monte carlo simulation to investigate the dose distribution in the heavy ion treatment room.
Heavy ions have a high potential for destroying deep tumors that carry the highest dose at the peak of Bragg. The peak caused by a single-energy carbon beam is too narrow, which requires special measures for improvement. Here, carbon-12 (12C) ion with different energies has been used as a source for calculating the dose distribution in the water phantom, soft tissue and bone by the code of Monte Carlobased FLUKA code. By increasing the energy of the initial beam, the amount of absorbed dose at Bragg peak in all three targets decreased, but the trend for this reduction was less severe in bone. While the maximum absorbed dose per bone-mass unit in energy of 200 MeV/u was about 30% less than the maximum absorbed dose per unit mass of water or soft tissue, it was merely 2.4% less than soft tissue in 400 MeV/u. The simulation result showed a good agreement with experimental data at GSI Darmstadt facility of biophysics group by 0.15 cm average accuracy in Bragg peak positioning. From 200 to 400 MeV/u incident energy, the Bragg peak location increased about 18 cm in soft tissue. Correspondingly, the bone and soft tissue revealed a reduction dose ratio by 2.9 and 1.9. Induced neutrons did not contribute more than 1.8% to the total energy deposited in the water phantom. Also during 12C ion bombardment, secondary fragments showed 76% and 24% of primary 200 and 400 MeV/u, respectively, were present at the Bragg-peak position. The combined treatment of carbon ions with neutron or electron beams may be more effective in local dose delivery and also treating malignant tumors.
Rashad, M.;Tekin, H.O.;Zakaly, Hesham MH.;Pyshkina, Mariia;Issa, Shams A.M.;Susoy, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.9
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pp.2078-2084
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2020
Magnesium oxide (MgO) and Zinc oxide (ZnO) nanoparticles (NPs) have been successfully synthesized by solid-solid reaction method. The structural properties of ZnO and MgO NPs were studied using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). XRD results indicated a formation of pure MgO and ZnO NPs. The mean diameter values of the agglomerated particles were around to be 70 and 50 nm for MgO and ZnO NPs, respectively using SEM analysis. Further, a wide-range of nuclear radiation shielding investigation for gamma-ray and fast neutrons have been studied for Magnesium oxide (MgO) and Zinc oxide (ZnO) samples. FLUKA and Microshield codes have been employed for the determination of mass attenuation coefficients (μm) and transmission factors (TF) of Magnesium oxide (MgO) and Zinc oxide (ZnO) samples. The calculated values for mass attenuation coefficients (μm) were utilized to determine other vital shielding properties against gamma-ray radiation. Moreover, the results showed that Zinc oxide (ZnO) nanoparticles with the lowest diameter value as 50 nm had a satisfactory capacity in nuclear radiation shielding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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